1、第五章、密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述1.密封結(jié)構(gòu)的功能與種類(lèi)密封結(jié)構(gòu)的作用是造成一個(gè)相當(dāng)封閉的空間。對(duì)不同的產(chǎn)品，密封的功能和要求不同。對(duì)于依靠封閉實(shí)現(xiàn)功能或進(jìn)行、完成工作的產(chǎn)品，密封結(jié)構(gòu)的主要功能是保證產(chǎn)品可靠工作、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能和效率。如液壓、氣壓系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、空壓機(jī)等的密封。通常這類(lèi)產(chǎn)品對(duì)密封的要求較高。對(duì)于容納、儲(chǔ)存、傳輸物料的產(chǎn)品，密封的主要功能是防止泄露。如冰箱門(mén)、打印機(jī)墨盒、暖氣片、輸油管道、燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)等的密封。此類(lèi)產(chǎn)品的密封要求主要取決于泄露造成的影響程度，泄露影響越大，密封要求越高。密封的方法很多，可以按密封材料、工藝、結(jié)構(gòu)特征、效果等劃分。由于產(chǎn)品的密封結(jié)構(gòu)通常都是在結(jié)合面上，通常

2、按密封結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將密封結(jié)構(gòu)劃分為靜密封和東密封兩種。靜密封指在相對(duì)靜止的結(jié)合面上的密封結(jié)構(gòu)。靜密封主要用于各種固定連接處，需要以一定的壓力密合保持密封效果。靜密封又可按具體實(shí)施方式與方法分為墊片密封、填料密封、膠密封、螺紋密封、管箍密封、自緊密封等。動(dòng)密封指運(yùn)動(dòng)接觸面間的密封，典型例子就是活塞與缸筒之間的密封。動(dòng)密封的方法很多，按密封狀態(tài)可分為接觸密封、無(wú)接觸密封等；按實(shí)施方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為填料密封、機(jī)械密封、動(dòng)力密封、迷宮密封等。可用于密封的材料種類(lèi)和形式很多，需合理選用。選擇密封材料的主要因素包括：產(chǎn)品的特點(diǎn)（如工作溫度、接觸介質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀況等），密封的要求（可靠性、耐久性等），密

3、封方式，維護(hù)維修（裝拆方便性、互換性、頻繁程度等），加工、制造工藝性和成本因素等。密封材料常用以下幾種：金屬：銅墊片、鋼墊片（沖壓成型，用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等密封），純銅墊（液壓系統(tǒng)的靜密封）。聚四氟乙烯：成型件主要用于重要的閥門(mén)等；生料帶，用于水暖管、燃?xì)夤艿澜宇^等螺紋密封。橡膠：用于水截門(mén)、低壓無(wú)腐蝕管道對(duì)接頭等密封。密封圈：有O形圈、V形圈、Y形圈、唇形圈等，由橡膠、聚氨酯等制成，標(biāo)準(zhǔn)化零件，廣泛用于液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜密封。毛氈：機(jī)械系統(tǒng)油封等。密封膠：有環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、氯丁膠等，按連接材料和密封要求選用。靜密封結(jié)構(gòu)在密封結(jié)合面間夾入金屬或非金屬墊片，實(shí)現(xiàn)密封。墊片密封需要一定的壓力施

4、加在墊片上，使墊片變形后充滿(mǎn)間隙。墊片密封通常用螺紋緊固件施加預(yù)緊力，機(jī)械結(jié)構(gòu)上采用法蘭形式較簡(jiǎn)單、有效。圖5-1為常用的法蘭連接墊片密封結(jié)構(gòu)形式。其中，圖5-1（a）圖5-1（d）的墊片為非金屬軟墊片，適于設(shè)備和管道連接密封，墊片面積大，法蘭受力均勻，但需螺栓預(yù)緊力大。圖5-1（e）采用金屬墊，主要用于壓力管道連接接頭。機(jī)械設(shè)備、液壓系統(tǒng)等使用的螺紋連接的密塞、管接頭也使用墊片密封，如圖5-2所示。圖5-2（a）圖5-2（c）用非金屬軟墊片，墊片在緊螺紋時(shí)易變形，用于低壓場(chǎng)合。圖5-2（d）、圖5-2（e）用非金屬軟墊片時(shí)，適用于低壓，用金屬墊片可用于高壓場(chǎng)合。圖5-2（f）用金屬錐形墊片，

5、適用于高壓管道，壓力可達(dá)250MP。 填料密封使用橡膠等柔軟材料，通過(guò)擠壓變形填充密封間隙。 圖5-3為幾種填料密封結(jié)構(gòu)。圖5-3（a）用于可拆剛性管連接密封，密封位置可調(diào)；圖5-3（b）與螺紋連接密封聯(lián)合使用，用于不重要、小管徑密封；圖5-3（c）允許管道接頭軸向伸縮，用于非重要的管道連接密封。 圖5-4為兩種可用于重要管道連接的填料密封結(jié)構(gòu)，如啤酒、飲料、化工原料生產(chǎn)設(shè)備的輸送管道等。O形圈有系列化產(chǎn)品供應(yīng)，使用方便。O形圈的材料有多種，耐油橡膠材料制品最常見(jiàn)。此外還有聚氨酯、聚四氟乙烯和金屬等制成的。圖5-5為非金屬O形圈密封常用結(jié)構(gòu)。圖5-6為金屬O形圈密封的常用結(jié)構(gòu)。金屬O形圈分為充

6、氣式和自緊式兩種。充氣式為在環(huán)內(nèi)充惰性氣體，可增加環(huán)內(nèi)的回彈力，用于高溫場(chǎng)合。自緊式是在環(huán)的內(nèi)側(cè)圓周上制有若干小孔，介質(zhì)進(jìn)入環(huán)內(nèi)使環(huán)具有自緊性，用于高壓場(chǎng)合。金屬O形圈密封性能優(yōu)良，適于高溫、高壓、高真空和低溫等條件。自緊密封依靠介質(zhì)壓力增加密封性，壓力越大，對(duì)密封件的作用越大。圖5-7為幾種自緊密封結(jié)構(gòu)。如圖5-8所示，螺紋連接密封一般需在螺紋處放置密封膠、麻線或聚四氟乙烯生料帶等提高密封效果，常用于水暖管件連接。研合面密封指依靠結(jié)合面精密研配消除間隙，再通過(guò)螺栓等施加壓力形成密封的結(jié)構(gòu)，如圖5-9所示，常用于不能用墊片密封的場(chǎng)合。動(dòng)密封結(jié)構(gòu)毛氈密封主要用于伸出的機(jī)械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸承蓋內(nèi)、滑動(dòng)部

7、件與導(dǎo)軌接合的裸露端部等，起保護(hù)作用。毛氈密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但容易臟污失效，不適于高速場(chǎng)合。圖5-10為毛氈密封用于軸承蓋的幾種結(jié)構(gòu)。唇形圈因截面形狀呈純狀而得名。如圖5-11所示，一般唇形圈都帶有金屬骨架和螺旋彈簧，起自緊作用。唇形圈為系列化產(chǎn)品，有各種截面和結(jié)構(gòu)形式，尺寸系列可在設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到，圖5-11為常見(jiàn)的唇形圈類(lèi)型。唇形圈主要用于旋轉(zhuǎn)軸的密封，特別是機(jī)械內(nèi)采用液體油脂方式潤(rùn)滑的場(chǎng)合，密封效果好，俗稱(chēng)油封。圖5-12為唇形圈安裝時(shí)的要求，根據(jù)具體使用場(chǎng)合，條件可以有變化。圖5-13為幾個(gè)唇形圈使用圖例。成型圈密封外觀上與唇形圈相似，但一般沒(méi)有骨架且用途與唇形圈大小不相同。圖5-1

8、4為常見(jiàn)成型密封圈的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，一般成型密封圈按其截面形狀命名，如V形圈、Y形圈、U形圈、L形圈等。成型密封圈常用材料為合成橡膠、夾布橡膠、合成塑料等，也可用皮革、鋁、銅、不銹鋼制作，一般采用模壓成型，塑料、金屬制密封圈也可以采用機(jī)加工成型。成型密封圈主要用于液壓缸、氣缸等的活塞桿、活塞的動(dòng)密封，分別用于密封軸和孔。可單個(gè)使用，也可成組使用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、摩擦阻力小。成型密封圈內(nèi)、外徑尺寸有一定余量，安裝后產(chǎn)生一定變形，并可借助介質(zhì)的壓力形成自緊密封。軸用和孔用成型密封圈的安裝結(jié)構(gòu)有所不同，圖5-15為采用V形圈密封活塞桿的典型結(jié)構(gòu)，圖5-16為采用V形圈密封活塞的典型結(jié)構(gòu)。圖5-17圖5-19分別

9、為U形圈、L形圈、J形圈用于液壓缸活塞或活塞桿密封的典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)。浮動(dòng)環(huán)密封是利用特殊結(jié)構(gòu)形成油膜阻隔區(qū)實(shí)現(xiàn)氣箱隔離，主要用于壓縮機(jī)的軸密封，圖5-20為浮動(dòng)環(huán)密封的工作原理示意圖。離心密封是利用轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)液體產(chǎn)生的離心力將液體甩出從而形成阻隔區(qū)，達(dá)到密封目的。圖5-21為三種不同結(jié)構(gòu)形式的離心密封。干氣密封式在密封面間利用空氣形成一特殊的阻隔區(qū)，達(dá)到密封目的，主要用于旋轉(zhuǎn)式空壓機(jī)的軸封，圖5-22為干氣密封的工作原理。特殊密封結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的密封要求服務(wù)于其功能需要，特殊用途的產(chǎn)品有特殊的密封要求。下面結(jié)合特定需要和產(chǎn)品介紹幾種密封結(jié)構(gòu)。圖5-23的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為鐵磁流體密封。鐵磁性超細(xì)微粒在低揮發(fā)度的液體中構(gòu)成穩(wěn)定的膠體溶液，即鐵磁流體。鐵磁流體在密封間隙中受磁場(chǎng)作用，形成強(qiáng)韌的液體膜，阻止泄漏。鐵磁流體為液體，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸無(wú)摩擦。鐵磁流體密封用于高速、高真空等密封場(chǎng)合。圖5-24為三種特殊的管道密封結(jié)構(gòu)。圖5-24（a）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠，適用于快速裝拆場(chǎng)合使用；圖5-24（b）通過(guò)螺母和錐面將連接管擴(kuò)口連于錐面，適于液壓系統(tǒng)等薄壁金屬管連接；圖5-24（c）用球頭管套實(shí)現(xiàn)管子連接，允許兩管不同軸線的連接及連接位置相對(duì)偏移。圖5-25為高壓容器密封的幾種結(jié)構(gòu)。圖5-25（a簡(jiǎn)單，使用壓力2050MPa；圖5-25（b）度要求不高，預(yù)緊力小，具有自緊密封